基于PLC控制的變頻調(diào)速控制畢業(yè)設(shè)計(jì)論文.doc

畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 基于可編程控制器的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)年級(jí)專業(yè)： 機(jī)電041班 學(xué)生姓名： 薛 歡 歡 學(xué) 號(hào)： 20040196 指導(dǎo)教師： 吉 智 職 稱： 講師 單位： 徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書課題名稱：基于可編程控制器的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)課題性質(zhì)： 設(shè) 計(jì) 制 作 類 系 名 稱： 電 氣 工 程 系 專業(yè)： 機(jī)電一體化技術(shù)班級(jí)： 機(jī) 電 041 指導(dǎo)教師： 吉 智學(xué)生姓名： 薛 歡 歡 一、課題名稱： 基于可編程控制器的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)二、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）主要內(nèi)容：1、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，系統(tǒng)以可編程控制器為控制核心，采用模擬量擴(kuò)展模塊采集電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，經(jīng)PID調(diào)節(jié)器運(yùn)算后，輸出給定值控制變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)，構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)。通過(guò)觸摸屏對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。2、觸摸屏監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)；可編程控制器模擬量采集輸出程序設(shè)計(jì)；PID控制器設(shè)計(jì)；3、變頻器操作技能訓(xùn)練；4、系統(tǒng)組裝、調(diào)試。三、計(jì)劃進(jìn)度：12周 布置課題任務(wù)，文獻(xiàn)閱讀，構(gòu)思系統(tǒng)結(jié)構(gòu)13周 系統(tǒng)框架構(gòu)建，確定硬件選型1415周 變頻器操作訓(xùn)練，可編程控制器模擬量采集輸出部分程序開(kāi)發(fā)、軟硬件調(diào)試1617周 PID控制器實(shí)現(xiàn)，觸摸屏監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)試18周 撰寫課題論文19周 答辯四、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）結(jié)束應(yīng)提交的材料： 1、課題論文 2、系統(tǒng)硬件（照片） 3、全套軟件指導(dǎo)教師 吉智 教研室主任 代洪 年 月 日 年 月 日 目錄目錄4摘要5第一章概述611 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域612變頻器的分類713本課題的意義8第二章應(yīng)用器件的介紹921 PLC的工作原理和結(jié)構(gòu)922 A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器的作用與原理112.3 變頻器的工作原理及其組成結(jié)構(gòu)1224觸摸屏的作用與工作原理1325 PID的的作用13第三章總體組合電路的設(shè)計(jì)1531總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖1532設(shè)計(jì)器件的選用1633外部設(shè)備的連接1934軟件編程設(shè)計(jì)20341 2DA轉(zhuǎn)換器的程序20342 2AD轉(zhuǎn)換器的程序與PID調(diào)節(jié)程序2135觸摸屏設(shè)計(jì)23第四章總結(jié)26附錄27致謝29參考文獻(xiàn)30 摘要 本文主要介紹了本人與本組同學(xué)研究和設(shè)計(jì)基于可編程控制器的變頻調(diào)速系統(tǒng)的若干成果，在本次的設(shè)計(jì)中，我們的設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要由PLC、A/D轉(zhuǎn)換器 D/A轉(zhuǎn)換器、變頻器、觸摸屏、傳感器、電動(dòng)機(jī)等幾部分組成。經(jīng)過(guò)本次設(shè)計(jì)，一起討論研究，使我對(duì)所有器件有了新的認(rèn)識(shí)，尤其對(duì)PLC有了更多的了解：PLC是能進(jìn)行行邏輯運(yùn)算，順序運(yùn)算，計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)，和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程的工業(yè)計(jì)算機(jī)。首先我們查閱各個(gè)器件的資料，先對(duì)其有個(gè)明確的認(rèn)識(shí)，然后通過(guò)老師的指點(diǎn)明白了整個(gè)系統(tǒng)的大概工作原理框圖后，通過(guò)學(xué)習(xí)資料與老師指點(diǎn)將硬件設(shè)備連接成功。接著通過(guò)學(xué)習(xí)GX developer編程軟件將所用設(shè)備用程序?qū)⑵溥B在一起，然后在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試和外部線路的連接最終完成項(xiàng)目的全部工作，并制作成功樣機(jī)一臺(tái)。對(duì)于這次的設(shè)計(jì)，與以前的相比，相差甚大，本次設(shè)計(jì)更具有價(jià)值，每一點(diǎn)成果都是我們查閱資料，一起研究，和老師指導(dǎo)，完成的。本文綜合應(yīng)用電子學(xué)與機(jī)械學(xué)知識(shí)去解決基于可編程控制器的變頻調(diào)速系統(tǒng)，本次設(shè)計(jì)選用三相異步交流電機(jī)，而 PLC和 交流電機(jī)無(wú)論在工業(yè)還是生活中都是應(yīng)用最廣，因此本次設(shè)計(jì)具有相當(dāng)?shù)膶?shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：PLC、變頻器、觸摸屏、傳感器、A/D、D/A轉(zhuǎn)換器第一章概述11 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，30多年來(lái)，可編程控制器從無(wú)到有，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍，其功能從弱到強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制的到數(shù)字控制的進(jìn)步，其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大，實(shí)現(xiàn)了單體設(shè)備簡(jiǎn)單控制到勝任運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制及離散控制等各種任務(wù)的跨越。今天的可編程控制器正在成為工業(yè)領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，在世界工業(yè)控制中發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。 PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算的電子裝置。它采用可編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序運(yùn)算，計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)，和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵，石油，化工，電力，建材，機(jī)械制造，汽車，輕紡，交通運(yùn)輸，環(huán)保文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)。使用情況可分為下列幾類：一 開(kāi)關(guān)量的邏輯控制它PLC最基本的功能、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，即可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，又可以用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。所控制的邏輯可以是各種各樣的，如時(shí)序的、組合的、計(jì)數(shù)的、不計(jì)數(shù)的等，控制的輸入輸出的點(diǎn)數(shù)可以不受限制，少則10點(diǎn)、幾十點(diǎn)、多則成千上萬(wàn)點(diǎn)，并可以通過(guò)聯(lián)網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。二 模擬量的閉環(huán)控制PLC具有A/D、D/A轉(zhuǎn)換算術(shù)運(yùn)算功能，因此可實(shí)現(xiàn)模擬量控制，有的PLC還具有PID調(diào)節(jié)控制或模糊控制的功能?？捎糜陂]環(huán)的位置控制速度控制和過(guò)程控制。三 數(shù)字量的智能控制利用PLC能接收和輸出高速脈沖的功能，在配置相應(yīng)的傳感裝置（如旋轉(zhuǎn)編碼器）或脈沖伺服裝置（如環(huán)行分配器、公放、步進(jìn)電機(jī)）就能實(shí)現(xiàn)數(shù)字量的智能控制。較高級(jí)的PLC還專門開(kāi)發(fā)了位控單元模塊、運(yùn)動(dòng)單元模塊等?？蓪?shí)現(xiàn)曲線插補(bǔ)。新開(kāi)發(fā)的運(yùn)動(dòng)單元還能識(shí)別數(shù)控技術(shù)的編程語(yǔ)言，為PLC進(jìn)行數(shù)字量的智能控制提供了方便。四 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控PLC實(shí)現(xiàn)控制時(shí)，可把現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的顯示出來(lái)或采集保存下來(lái)，供進(jìn)一步的分析研究。較普遍使用的是PLC加上觸摸屏，可隨時(shí)觀察采集來(lái)的數(shù)據(jù)。五 通訊、聯(lián)網(wǎng)及離散控制：PLC通訊聯(lián)網(wǎng)能力很強(qiáng) ，除了PLC和PLC之間的通信聯(lián)網(wǎng)外，PLC還可以與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊聯(lián)網(wǎng)，計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)其編程和管理。PLC還可以與計(jì)算機(jī)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)通訊，計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)其編程和管理。PLC也能與智能儀表，智能執(zhí)行裝置（如變頻器的）進(jìn)行通信和聯(lián)網(wǎng)，互相交換數(shù)據(jù)并對(duì)其實(shí)施控制。12變頻器的分類變頻器在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各部門得到了廣泛的應(yīng)用。從使用對(duì)象的角度，變頻器可分為通用變頻器和專用變頻器。專用變頻器用于特定的控制對(duì)象，例如機(jī)床的主軸、進(jìn)給部分的控制器等。通用變頻器是相對(duì)專用變頻器而言的，我們通常把系列化、批量化、占市場(chǎng)量最大的中小功率變頻器稱為通用變頻器。通用一詞有兩方面含義：一是這種變頻器可用以驅(qū)動(dòng)通用性交流電機(jī)，而不一定使用專用變頻電機(jī)；二是通用變頻器具有各種可供選擇的功能，能適應(yīng)許多不同性質(zhì)的負(fù)載機(jī)械。由于通用變頻器強(qiáng)調(diào)通用性，其性能可以滿足大多數(shù)生產(chǎn)機(jī)械調(diào)速控制的需要，而且比專用變頻器價(jià)格便宜，所以它適用于不同的場(chǎng)合。通用變頻器和異步電機(jī)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的調(diào)速傳動(dòng)控制，在很多文獻(xiàn)中都簡(jiǎn)單的稱其為變頻器傳動(dòng)。變頻器傳動(dòng)具有它固有的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用到不同的生產(chǎn)機(jī)械或設(shè)備上，可以體現(xiàn)出的功能，達(dá)到不同的目的，收到相應(yīng)的效益。在一切需要進(jìn)行速度控制的場(chǎng)合，變頻器傳動(dòng)以其操作方便、體積小、控制性能高而成為目前世界上最受歡迎的調(diào)速方式，它的優(yōu)越性已帶來(lái)了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。靜止式變頻器從主電路的結(jié)構(gòu)形式上又可分為兩種：交-直-交型和交-交型。（1）交-直-交型變頻器：它根據(jù)直流部分電流，電壓的不同形式，又可分為電壓型和電流型兩種。由于電壓型變頻器是作為電壓源向交流電動(dòng)機(jī)提供交流電功率，所以其主要優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行幾乎不受負(fù)載的功率因數(shù)或換流的影響，它主要適用于中、小容量的交流傳動(dòng)系統(tǒng)。與其相比，電流型變頻器施加于負(fù)載上的電流值穩(wěn)定不變，其特性類似于電流源，它主要應(yīng)用在大容量的電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)以及大容量風(fēng)機(jī)、泵類節(jié)能調(diào)速中。（2）交-交型變頻器：它的功能是把一種頻率的電直接變成另一種頻率的交流電。由于中間不經(jīng)過(guò)直流環(huán)節(jié)，不需換流，因而多用于低速大功率系統(tǒng)中，如回轉(zhuǎn)窯，軋鋼機(jī)等。但這種控制方式?jīng)Q定了最高輸出頻率只能達(dá)到電源頻率的1/31/2，所以不能高速運(yùn)行。13本課題的意義本次設(shè)計(jì)主要以PLC和變頻器為主，PLC是能進(jìn)行行邏輯運(yùn)算，順序運(yùn)算，計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)，和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程的工業(yè)計(jì)算機(jī)。它靈活、通用、I/O接口豐富，可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，編程簡(jiǎn)單、使用方便，設(shè)計(jì)施工周期短、接線簡(jiǎn)單、維護(hù)工作量小，體積小，重量輕、能耗低、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化，聯(lián)網(wǎng)方便，便于系統(tǒng)集成。變頻器操作方便、體積小、控制性能高而成為目前世界上最受歡迎的調(diào)速方式，在工業(yè)工廠中應(yīng)用十分廣泛，所以本次設(shè)計(jì)課題為我們今后到工廠發(fā)展打下很好的鋪墊，很有實(shí)用價(jià)值。第二章應(yīng)用器件的介紹21 PLC的工作原理和結(jié)構(gòu)可編程控制器的工作原理與計(jì)算機(jī)的工作原理基本上是一致的。但PLC裝入了專用程序后成為一種專用機(jī)，它采用循環(huán)掃描的方式，系統(tǒng)工作任務(wù)管理，及應(yīng)用程序執(zhí)行都是循環(huán)掃描方式來(lái)完成的。PLC系統(tǒng)正常工作所要完成的任務(wù)如下：1 計(jì)算機(jī)內(nèi)部各個(gè)工作單元的調(diào)度，監(jiān)控；2 計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備間的通訊；3 用戶程序所要完成的工作；PLC采用面向控制過(guò)程、面向問(wèn)題的“自然語(yǔ)言”作為編程語(yǔ)言。梯形圖、語(yǔ)句表和控制系統(tǒng)流程圖等是PLC常用的編程語(yǔ)言。有些PLC還嘗試使用高級(jí)語(yǔ)言編程。在使用PLC進(jìn)行順序控制時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)控制動(dòng)作的順序，畫出梯形圖，然后將其翻譯成相應(yīng)的PLC指令，用編程器將程序?qū)懭隤LC的內(nèi)存RAM中，對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤可用變成器進(jìn)行修改，直到程序調(diào)試正確無(wú)誤為止。最后將程序?qū)懙絇LC的只讀存儲(chǔ)器EEPROM中。PLC投入運(yùn)行后，便進(jìn)入程序執(zhí)行過(guò)程。在一個(gè)掃描周期內(nèi)，程序執(zhí)行過(guò)程分3個(gè)階段：輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新。在輸入采樣階段，PLC以掃描方式將所有輸入端的輸入信號(hào)讀到輸入映像寄存器中存起來(lái)，接著轉(zhuǎn)人程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行階段，PLC 按照順序進(jìn)行掃描，如果程序是用梯形圖來(lái)表示，則掃描順序總是先上后下，先做后右。每掃描到一條指令，所需的狀態(tài)分別從輸入映像寄存器中讀出，而將執(zhí)行結(jié)果寫入元素影響寄存器中當(dāng)程序執(zhí)行完后，進(jìn)入最后一個(gè)階段-輸出刷新。將元素映像寄存器中的所有輸出繼電器的狀態(tài)轉(zhuǎn)存到輸出瑣存電路，驅(qū)動(dòng)用戶設(shè)備（或負(fù)載）工作。PLC寄存器EEPROM的程序隨時(shí)可以擦除和修改。如果改變程序外部端口接線，有可以重新組成一個(gè)新的系統(tǒng)。PLC是在 繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的，并逐步發(fā)展成以微處理器為核心的，把自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)容為一體的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。早期的PLC只能進(jìn)行邏輯控制、還能完成模擬量的控制、數(shù)值控制、過(guò)程監(jiān)控和通信聯(lián)網(wǎng)等功能。PLC因具有程序可變、可靠性高、功能強(qiáng)、環(huán)境適應(yīng)性好、抗干擾能力強(qiáng)、體積小和重量輕等特點(diǎn)而在機(jī)電一體化系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。控制對(duì)象CPU中央處理器存儲(chǔ)器 RAM ROM編程器開(kāi)關(guān)量I/O模擬量I/O通訊等接口顯示器編程接口PLC的系統(tǒng)框圖工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（PLC）其硬件結(jié)構(gòu)主要由中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器（RAM、ROM）輸入輸出器件（I/O）接口、電源及編程設(shè)備幾大部分組成。中央處理器是可編程控制器的核心，他在系統(tǒng)程序的控制下，完成邏輯運(yùn)算、數(shù)學(xué)運(yùn)算、協(xié)調(diào)系統(tǒng)工作等任務(wù)?？删幊炭刂破髦胁捎玫腃PU一般有3大類，一類通用微處理器、一類為單片機(jī)芯片、還有位處理器。一般來(lái)說(shuō)CPU的位數(shù)越高，檔次越高，運(yùn)算速度越快，指令功能越強(qiáng)?，F(xiàn)在常用的可編程控制器多為8位或16位機(jī)，一般中型的PLC有2個(gè)CPU，字處理器和位處理器。存儲(chǔ)器是可編程控制器存放系統(tǒng)程序，用戶程序及運(yùn)算數(shù)據(jù)的單元。和一般計(jì)算機(jī)一樣，可編程控制器的存儲(chǔ)器只有只讀存儲(chǔ)器（ROM）和隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器（RAM）只讀存儲(chǔ)器是用來(lái)保持那些需永久保存，即使機(jī)器掉電也后也保存程序即數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器。一般分為掩膜只讀存儲(chǔ)器和可編程電改寫只讀存儲(chǔ)器。只讀存儲(chǔ)器用來(lái)存放系統(tǒng)程序。隨即讀寫存儲(chǔ)器的特點(diǎn)是寫入與擦除都很容易，但在掉電情況下存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)就會(huì)丟失，一般用來(lái)存放用戶與系統(tǒng)運(yùn)行中產(chǎn)生的臨時(shí)數(shù)據(jù)，為了能使用戶程序及某些運(yùn)算數(shù)據(jù)在可編程控制器脫離外界電源后也能保持，在實(shí)際使用中都為一些重要的隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器配備電池或電容等掉電保持裝置。輸入輸出接口是可編程控制器和工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)個(gè)類信號(hào)連接的部分?，F(xiàn)場(chǎng)裝置現(xiàn)場(chǎng)裝置濾波電平轉(zhuǎn)換濾波電平轉(zhuǎn)換多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)A/D鎖存器光電隔離總線邏輯數(shù)據(jù)總線（1）模擬量輸入電路框圖數(shù)據(jù)鎖存地址譯碼總線光電隔離D/A多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)采樣保持采樣保持U0I0UOIO（2）模擬量的輸出原理圖可編程控制器的電源包括為可編程控制器個(gè)工作單元供電的開(kāi)關(guān)電源即為掉電保護(hù)電路供電后備電源。22 A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器的作用與原理A/D轉(zhuǎn)換器的作用是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。在A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程中，輸入的是時(shí)間上、幅值上都是連續(xù)的模擬量，而輸出的則是時(shí)間上，幅值上均離散的數(shù)字量，因此，要把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字時(shí)需經(jīng)采樣、保持、量化、編碼四個(gè)步驟：采樣模擬量數(shù)字量編碼量化保持 A/D轉(zhuǎn)換原理框圖D/A轉(zhuǎn)換器的作用是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量。D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)際上是一個(gè)由運(yùn)算放大器構(gòu)成的模擬加法器，基準(zhǔn)電壓經(jīng)不同的權(quán)位二進(jìn)制數(shù)控制的電子開(kāi)關(guān)和相應(yīng)電阻網(wǎng)絡(luò)后做為各個(gè)不同比例的輸入電壓由運(yùn)放相加，作為模擬量的輸出?？刂茖?duì)象檢測(cè)對(duì)象A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字系統(tǒng)D/A轉(zhuǎn)換執(zhí)行機(jī)構(gòu)A/D、D/A 在工業(yè)控制系統(tǒng)中的作用2.3 變頻器的工作原理及其組成結(jié)構(gòu)變頻器是指可以用于改變電源頻率，同時(shí)也能改變電源電壓的電能轉(zhuǎn)換的裝置。它是由電力電子器件（例如整流模塊、IGBT）、電子器件（集成電路、開(kāi)關(guān)電源、電阻、電容器等）和微處理器等組成。變頻器使用時(shí)串聯(lián)接在輸出端（R、S、T）和電動(dòng)機(jī)輸出端（U、V、W）之間，通常變頻器的功率范圍為0.75-500KW（大于此功率值建議選用中壓電動(dòng)機(jī)及中壓變頻器）。交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制變頻器的最早形式是用旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)組作為可變頻率的電源，供給交流發(fā)電機(jī)。隨著電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展，靜止式的變頻電源以成為了變頻器的主要形式。24觸摸屏的作用與工作原理觸摸屏人機(jī)界面是在操作人員和機(jī)器設(shè)備之間雙向溝通的橋梁，用戶可以自由的組合文字，按鈕，圖形，數(shù)字等來(lái)處理或監(jiān)控管理及應(yīng)付隨時(shí)可能變化信息的多功能顯示屏幕。隨著機(jī)械設(shè)備的飛速發(fā)展，以往的操作界面需要由熟練的操作人員才能操作，而且操作困難，無(wú)法提高工作效率。但是使用人機(jī)界面能夠明確指示并告知操作員機(jī)器設(shè)備目前的狀況，使操作變得簡(jiǎn)單生動(dòng)，并且可以減少操作上的失誤，即使是新手也可以很輕松的操作整個(gè)機(jī)器設(shè)備。使用人機(jī)界面還可以使機(jī)器的配線標(biāo)準(zhǔn)化，簡(jiǎn)單化，同時(shí)也能減少PLC控制所需的I/O點(diǎn)數(shù)，降低生產(chǎn)成本同時(shí)由面板控制的小型化及高性能，相對(duì)提高了整套設(shè)備的附加價(jià)值。為了操作上的方便，人們用觸摸屏來(lái)代替鼠標(biāo)或鍵盤。工作時(shí)，我們必須首先用手指或其它物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏，然后系統(tǒng)根據(jù)手指觸摸的圖標(biāo)或菜單位置來(lái)定位選擇信息輸入。觸摸屏由觸摸檢測(cè)部件和觸摸屏控制器組成；觸摸檢測(cè)部件安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測(cè)用戶觸摸位置，接受后送觸摸屏控制器；而觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點(diǎn)檢測(cè)裝置上接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)坐標(biāo)，再送給CPU，它同時(shí)能接收CPU發(fā)來(lái)的命令并加以執(zhí)行。25 PID的的作用PID控制器由比例單元（P）、積分單元（I）和微分單元（D）組成。 比例（P）調(diào)節(jié)作用：是按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少 偏差。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但是過(guò)大的比例，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的 不穩(wěn)定。 積分（I）調(diào)節(jié)作用：是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無(wú)差度。因?yàn)橛姓`差，積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行，直至無(wú)差，積分調(diào)節(jié)停止，積分調(diào)節(jié)輸出一常值。積分作用的強(qiáng)弱取決與積分時(shí)間常數(shù)Ti，Ti越小，積分作用就越強(qiáng)。反之Ti大則積分作用弱，加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組成PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器。 微分（D）調(diào)節(jié)作用：微分作用反映系統(tǒng)偏差信號(hào)的變化率，具有預(yù)見(jiàn)性，能預(yù)見(jiàn)偏差變化的趨勢(shì)，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒(méi)有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除。因此，可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。在微分時(shí)間選擇合適情況下，可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。微分作用對(duì)噪聲干擾有放大作用，因此過(guò)強(qiáng)的加微分調(diào)節(jié)，對(duì)系統(tǒng)抗干擾不利。此外，微分反應(yīng)的是變化率，而當(dāng)輸入沒(méi)有變化時(shí)，微分作用輸出為零。微分作用不能單獨(dú)使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合，組成PD或PID控制器。第三章總體組合電路的設(shè)計(jì)31總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖本次設(shè)計(jì)的工作過(guò)程，首先用將計(jì)算機(jī)里的一個(gè)數(shù)字量傳送到PLC中，PLC在傳送到D/A轉(zhuǎn)換器中，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換，D/A轉(zhuǎn)換器輸出模擬量到變頻器中（輸出0-5V的電壓），通過(guò)變頻器控制電動(dòng)機(jī)工作。工作后，本學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室電動(dòng)機(jī)上接有傳感檢測(cè)器將速度的模擬量輸送到A/D轉(zhuǎn)換器中，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字量傳到PLC中，在PLC 中經(jīng)PID 調(diào)節(jié)，使其更準(zhǔn)確，構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)。通過(guò)觸摸屏對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。 觸摸屏計(jì)算機(jī)P L C電動(dòng)機(jī)D/A轉(zhuǎn)換器變頻器A/D轉(zhuǎn)換器傳感器總體設(shè)計(jì)流程圖32設(shè)計(jì)器件的選用在本次設(shè)計(jì)主要以三菱型號(hào)的器件為主：PLC我們選用三菱的FX2N48MR FX2N系列可編程控制器: 控制規(guī)模：16256點(diǎn) 內(nèi)置8K容量的EEPROM存儲(chǔ)器,最大可以擴(kuò)展到16K CPU運(yùn)算處理速度0.550.7S/基本指令 在FX2N系列右側(cè)可連接輸入輸出擴(kuò)展模塊和特殊功 能模塊 基本單元內(nèi)置2軸獨(dú)立最高100kHz定位功能(晶體管 輸出型） 變頻器我們選用三菱變頻器S500系列-簡(jiǎn)單易用型 三菱變頻器S500系列-簡(jiǎn)單易用型 功率范圍: 0.4 3.7KW(三相380V，F(xiàn)R-S540系列) 0.2 1.5KW(單相220V，F(xiàn)R-S520S系列) 特點(diǎn): 自動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升,實(shí)現(xiàn)6Hz時(shí)150%轉(zhuǎn)矩輸出。 數(shù)字式撥盤,設(shè)定簡(jiǎn)單快捷。 柔性PWM,實(shí)現(xiàn)更低噪音運(yùn)行。 15段速,PID,4-20mA輸入和漏、源型轉(zhuǎn)換等多項(xiàng)能 可提供RS-485通信功能的機(jī)型FR-S520S-口K-R(可 通過(guò)電纜接 FR-PU04 面板) 及 FR-S540-口K-CHR (可通過(guò)電纜接 FR-PA02-02面板)。 變頻器的端子接線圖A/D，D/A 轉(zhuǎn)換器我們選用三菱的2AD和三菱的2DA。2AD外部結(jié)構(gòu)圖 2AD內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2DA內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖觸摸屏我們選用eView 500系列觸摸屏人機(jī)界面電動(dòng)機(jī)我們選用三相異步交流電動(dòng)機(jī)。三相異步電動(dòng)機(jī)的基本構(gòu)造圖保護(hù)器件我們選用三相自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)。33外部設(shè)備的連接34軟件編程設(shè)計(jì)341 2DA轉(zhuǎn)換器的程序當(dāng)計(jì)算機(jī)輸入一個(gè)數(shù)字量傳送到PLC中，PLC在傳送到D/A轉(zhuǎn)換器中轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換好的輸出模擬量（0-5V電壓）輸送到變頻器中，通過(guò)變頻器控制電動(dòng)機(jī)工作（在使用變頻器時(shí)，最基本要接正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)）2DA轉(zhuǎn)換還需要自己編的D/A轉(zhuǎn)換程序才能完成的。我們使用的2DA轉(zhuǎn)換器的精度只有12位。 2DA轉(zhuǎn)換器程序梯形圖開(kāi)關(guān)X010、X011、X012其中一個(gè)閉合，是選擇一個(gè)數(shù)字量移到PLC的D502寄存器中。當(dāng)X000閉合將D502中的數(shù)字量輸送到M100-M115的16位，在輸出到D/A轉(zhuǎn)換器K16通道輸入低8位，然后在K17通道選擇保持，再將高四位輸送到K16通道中，然后在K17通道選擇通道2轉(zhuǎn)換。當(dāng)X003通時(shí)，Y000得電，Y000接變頻器的正轉(zhuǎn)端口，所以電動(dòng)機(jī)是正轉(zhuǎn)。當(dāng)X004通時(shí)，Y001得電，Y001接變頻器的反轉(zhuǎn)端口，所以電動(dòng)機(jī)是反轉(zhuǎn)。在正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的選擇上使用了互鎖，和停止開(kāi)關(guān)。3422AD轉(zhuǎn)換器的程序與PID調(diào)節(jié)程序當(dāng)電動(dòng)機(jī)上的傳感將轉(zhuǎn)速模擬量傳送到A/D轉(zhuǎn)換器中，轉(zhuǎn)換后輸出數(shù)字量到PLC中，在PLC中經(jīng)PID調(diào)節(jié)使其更加準(zhǔn)確，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。2AD轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換也需要自己編程的程序才能完成。 2AD轉(zhuǎn)換器程序梯形圖 PID調(diào)節(jié)程序梯形圖當(dāng)X001閉合時(shí)，在A/D轉(zhuǎn)換器的K17通道中，輸入0選擇通道1，在K17通道中輸入1開(kāi)始轉(zhuǎn)換，然后讀取K0通道中的低8位，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，接著讀取K1通道中的高4位，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，最后將讀取轉(zhuǎn)換好的12位數(shù)移到PLC中。當(dāng)X005通時(shí)PID才能調(diào)節(jié)。首先設(shè)置目標(biāo)數(shù)，設(shè)置多長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)始調(diào)節(jié)，設(shè)置采樣時(shí)間，設(shè)置方向，濾波，有無(wú)微分增益，輸出上下限制等參數(shù)，M0脈沖驅(qū)動(dòng)M1閉合，開(kāi)始調(diào)節(jié)，結(jié)果傳送到D502寄存器中。35觸摸屏設(shè)計(jì)觸摸屏是控制與監(jiān)控系統(tǒng)的裝置。第一個(gè)界面用元件里面的、位狀態(tài)切換開(kāi)關(guān)，設(shè)置數(shù)字量輸入開(kāi)關(guān)：設(shè)備類型LB、 設(shè)備地址0、后面每個(gè)設(shè)置的都要不同，輸出地址：設(shè)備類型X、設(shè)備地址010、（與程序中的開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)），開(kāi)關(guān)類型：復(fù)歸型開(kāi)關(guān)、圖形自選，標(biāo)簽：600，易懂（打上所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量）狀態(tài)號(hào)0，創(chuàng)建三個(gè)，在用功能鍵設(shè)制一個(gè)結(jié)束鍵和進(jìn)入下一頁(yè)的鍵（功能鍵屬性：切換基本窗口，窗口編號(hào)11）到下一頁(yè)。第二個(gè)界面用元件里的位狀態(tài)開(kāi)關(guān)，設(shè)置，正轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)X003、反轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)X004和停止開(kāi)關(guān)XOO7。在用元件里的位狀態(tài)指示燈元件設(shè)置兩個(gè)指示燈顯示（監(jiān)視）狀態(tài)。（正轉(zhuǎn)）讀取設(shè)備地址：設(shè)備類型Y，設(shè)備地址0，功能選擇：閃爍狀態(tài)為0圖形、頻率1。（反轉(zhuǎn)）讀取設(shè)備地址：設(shè)備類型Y，設(shè)備地址0，功能選擇：閃爍狀態(tài)為0 頻率1。在用功能鍵設(shè)置一個(gè)返回鍵和進(jìn)入下一頁(yè)的鍵和返回主頁(yè)的鍵。第三個(gè)界面，用元件里面的位狀態(tài)開(kāi)關(guān)設(shè)置D/A轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)X000和A/D轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)X001，PID調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)X005。屬性和上面類型一樣設(shè)置，在用功能鍵設(shè)置一個(gè)返回上一頁(yè)的鍵和進(jìn)入下一頁(yè)的鍵。第四章總結(jié)我們的在學(xué)生生涯即將結(jié)束，在這四年中我荒廢了許多的寶貴時(shí)間，但我在第四年長(zhǎng)大了，在這一學(xué)年中努力學(xué)習(xí)本專業(yè)的知識(shí)，今年也是實(shí)用東西收獲最多的時(shí)候，在即將畢業(yè)能分到吉智老師這組，參加這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，真的幸運(yùn)。這與我想要得到實(shí)用技術(shù)的渴望，不謀而合，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是以可編程控制器的為主的內(nèi)容：PLC是能進(jìn)行行邏輯運(yùn)算，順序運(yùn)算，計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)，和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程的工業(yè)計(jì)算機(jī)。本次設(shè)計(jì)是要能夠?qū)崿F(xiàn)：在計(jì)算機(jī)中輸入一個(gè)數(shù)字量，傳送到PLC的器中，PLC在傳送到D/A轉(zhuǎn)換器中轉(zhuǎn)換，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換輸出模擬量到變頻器，通過(guò)變頻器控制電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)。，傳感器輸出模擬量傳到A/D轉(zhuǎn)換器中轉(zhuǎn)換，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換輸出數(shù)字量到PLC中，在PLC中用編好的PID程序控制PID調(diào)節(jié)，輸出值控制變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)，構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)。通過(guò)觸摸屏對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制與監(jiān)控。通過(guò)本次設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)，我學(xué)會(huì)可編程控制器變頻調(diào)速的軟件編程設(shè)計(jì)與設(shè)備的連接，和對(duì)所有器件有了更深的了解。設(shè)計(jì)所應(yīng)用到的知識(shí)和器件，與我的專業(yè)很對(duì)口，對(duì)我們機(jī)電專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，為將來(lái)在PLC設(shè)計(jì)的發(fā)展中有了很好的鋪墊。本次設(shè)計(jì)還有些遺憾，吉智老師老師說(shuō)過(guò)本次設(shè)計(jì)也能用48BD，來(lái)完成由于時(shí)間關(guān)系，沒(méi)有設(shè)計(jì)，要是以前也有這樣的設(shè)計(jì)課那該多么好啊。本次設(shè)計(jì)我們經(jīng)歷了查資料，老師指導(dǎo)